Usare gli origami del DNA come piattaforma per costruire nanoarchitetture superconduttive. (a sinistra) Illustrazione schematica di un nanofilo di DNA rivestito di nitrato di niobio sospeso sopra un canale di nitruro di silicio/ossido di silicio. (a destra) Immagine al microscopio elettronico a scansione ad alta risoluzione (HR-SEM) del canale (nero nell'immagine) su cui è sospeso il nanofilo di DNA. Nell'immagine, il canale appare discontinuo, riflettendo il DNA sospeso su di esso (contrassegnato da un rettangolo tratteggiato arancione). La distanza tra i due lati del canale è di ~50 nanometri, e la larghezza del nanofilo rivestito di nitrato di niobio nel suo punto più stretto è di circa 25 nanometri. Credito:Lior Shani, Filippo Tinnefeld, Yafit Fleger, Amos Sharoni, Boris Shapiro, Avner Shaulov, Oleg Gang, e Yosef Yeshurun
La ricerca di componenti elettronici sempre più piccoli ha portato un gruppo internazionale di ricercatori a esplorare l'utilizzo di blocchi molecolari per crearli. Il DNA è in grado di autoassemblarsi in strutture arbitrarie, ma la sfida con l'utilizzo di queste strutture per i circuiti nanoelettronici è che i filamenti di DNA devono essere convertiti in fili altamente conduttivi.
Ispirato da lavori precedenti che utilizzavano la molecola di DNA come stampo per nanofili superconduttori, il gruppo ha approfittato di un recente progresso della bioingegneria noto come DNA origami per piegare il DNA in forme arbitrarie.
In I progressi dell'AIP , ricercatori della Bar-Ilan University, Ludwig-Maximilians-Universität München, Università della Columbia, e il Brookhaven National Laboratory descrivono come sfruttare gli origami del DNA come piattaforma per costruire nanoarchitetture superconduttive. Le strutture che hanno costruito sono indirizzabili con precisione nanometrica che possono essere utilizzate come modello per architetture 3D che oggi non sono possibili tramite tecniche di fabbricazione convenzionali.
Il processo di fabbricazione del gruppo prevede un approccio multidisciplinare, vale a dire la conversione delle nanostrutture di origami di DNA in componenti superconduttori. E il processo di preparazione delle nanostrutture di origami di DNA coinvolge due componenti principali:un DNA circolare a singolo filamento come impalcatura, e un mix di fili corti complementari che fungono da graffette che determinano la forma della struttura.
Utilizzo di origami di DNA come piattaforma per costruire nanoarchitetture superconduttive. Immagine di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) di fili di origami di DNA prima del rivestimento. Credito:Lior Shani, Filippo Tinnefeld, Yafit Fleger, Amos Sharoni, Boris Shapiro, Avner Shaulov, Oleg Gang, e Yosef Yeshurun
"Nel nostro caso, la struttura è un filo di origami di DNA lungo circa 220 nanometri e largo 15 nanometri, " disse Lior Shani, dell'Università Bar-Ilan in Israele. "Trasmettiamo i nanofili di DNA su un substrato con un canale e li rivestiamo con nitruro di niobio superconduttore. Quindi sospendiamo i nanofili sul canale per isolarli dal substrato durante le misurazioni elettriche".
Il lavoro del gruppo mostra come sfruttare la tecnica dell'origami del DNA per fabbricare componenti superconduttori che possono essere incorporati in un'ampia gamma di architetture.
"I superconduttori sono noti per far funzionare un flusso di corrente elettrica senza dissipazioni, " ha detto Shani. "Ma i fili superconduttori con dimensioni nanometriche danno luogo a fluttuazioni quantistiche che distruggono lo stato superconduttore, che si traduce nella comparsa di resistenza alle basse temperature."
Utilizzando un campo magnetico elevato, il gruppo ha soppresso queste fluttuazioni e ridotto circa il 90% della resistenza.
"Ciò significa che il nostro lavoro può essere utilizzato in applicazioni come le interconnessioni per la nanoelettronica e nuovi dispositivi basati sullo sfruttamento della flessibilità degli origami del DNA nella fabbricazione di architetture superconduttrici 3-D, come magnetometri 3-D, " ha detto Shani.
